Как своими руками сделать печь длительного горения на опилках

Требование к опилкам как к топливу

На сколько известно опилки – это очень мелко измельченная древесина полученная входе воздействия режущим инструментом: пилками, станками. Как правило опилки относят к отходам деревообработки от этого стоимость сырья для топлива минимальна и в некоторых случаях даже бесплатна.

Состав опилок – до 70% углеводов (это целлюлоза и гемицелюлоза), 27 % лигнина. Количество углерода в опилках доходит до 50%, водорода 6% и кислорода 44%, содержание азота – 0,1 %.

Рис. 1 Виды древесного топлива, древесных отходов производства

А – Обзольная доска переработанная в дрова; Б – Горбыль хвойных пород; В – Щепа различных фракций; Г – Опилки естественной влажности с размером до3 мм; Д – Опилки уличного хранения, сырые; Е – Опилки игольчатой формы естественной влажности; Ж – Опилки влажностью W до 30%; З – Перегнивший остаток опилок и щепы; И – Сухие опилки и стружка; К – Мелкая стружка уличного хранения; Л – Мусорный древесный отход (бывшая мебель, поддоны, двери, строительные конструкции; М – Длинная стружка

Для использования опилок в качестве топлива нужно знать их технические характеристики. Основные параметры которые нас интересуют это переменные и постоянные. Переменный но очень важный параметр опилок – W влажность. С ростом влажности остаточная калорийность уменьшается, соответственно при одном и том же объеме опилок разной влажности можно получить разное количество тепла при чем количество тепла можно отличаться в разы. Влажность опилок можно не только контролировать но и доводить до нужного значения. Второй важный параметр зольность – чем выше зольность опилок, тем больше в них примесей в виде песка, коры. Наличие примесей в топливе несколько снижает его теплотворную способность, влияет на количество прочисток за единицу времени. Если опилки производятся, получаются в результате работы станков по ЛДСП, ДСП, МДФ и т.д. то есть из древесины склеенной, то в опилках будет обязательно присутствовать смолы и клеи, использование данных опилок возможно только при дополнительных исследованиях на содержание формальдегидов, и особо вредных веществ. Для зольного остатка вредных веществ нужно так же предусмотреть утилизацию.

Фракция опилок влияет на их плотность, зависание опилок в системах автоматической подачи. После настройки оборудования как правили опилки стараются выдерживать одной и той же фракции или в определенных пределах, дабы снова не производить настройку оборудования. Так опилки измельченные в пыль горят хуже при большом протоке дутьевого воздуха чем опилки по структуре более близкие к стружке.

Рис. 1 – Б Показана классификация древесного топлива по ГОСТ 33103.1 – 2014. Компания GRV разработала и производит универсальные котлы работающие на всех видах древесного топлива

При покупке опилок по контрактам и договорам следует придерживаться ГОСТ 33103.1 – 2014 в котором подробно указаны все характеристики на которые следует обращать внимание, так же ГОСТ регламентирует методы определения влажности топлива и теплоты сгорания, что не мало важно так как на момент заключения договора о вывозе опилок может быть одна влажность и зольность, а по факту через некоторое время вывоза влажность опилок может вырасти в разы, например в весенний период в сравнении с осенью.

Таблица № 1 – Общий состав и содержание веществ в древесном топливе

Достоинства и недостатки котлов на пеллетах

Пеллетные автоматические котлы заслуженно пользуются огромной популярностью во всем мире. Их широко используют в частных домовладениях и на производстве. Среди главных достоинств таких теплогенераторов можно отметить:

• Высокая эффективность работы — до 90%. В сравнении с прочими видами твердотопливных котлов выгодно отличаются по этому показателю.
• Полностью автоматизированный процесс, включая подачу топлива, розжиг, нагнетание кислорода. Котел требует внимания человека, как правило, не чаще 1-2 раз в неделю.
• Экологичность и сохранение чистоты в комнате, где установлен котел.
• Ликвидация опасности перегрева теплоносителя.
• Практически полное отсутствие инерции. Если подача топлива и воздушной смеси прекращается, пламя в топке практически мгновенно затухает.

• Сравнительно высокая цена оборудования и сервисного обслуживания.
• Энергозависимость. Твердотопливный котел с автоматической подачей топлива не сможет функционировать без подключения к электросети. Кроме того, автоматика чрезвычайно чувствительна к перепадам напряжения и способна легко выйти из строя.
• Необходимость соблюдения особых условий хранения гранул. Место для хранения должно быть сухим, иначе гранулы биотоплива отсыреют и рассыпятся.

Хранение опилок

Основа для хранения: чем выше влажность тем ниже теплотворная способность опилок.

Опилки могут содержать в себе много влаги, достаточного для процесса гниения и разложения. По этому хранение опилок не должно долго протекать под атмосферными осадками. В процессе гниения опилок меняется их структура (рис. 1 – З) и теряется теплота сгорания. Перед непосредственно сжиганием опилки должны быть подсушены, храниться под навесом (рис. 2).

Рис. 2 Складирование опилок под навесом вентилируемого склада

Сушка опилок производится в сушильных барабанах, на площадках с защитой от осадков обязательно проветриваемом. Для просушки опилок, щепы ее следует переворачивать с нижних слоев на верхние. Дополнительно можно организовать принудительную подачу под давлением воздуха через воздуховоды с нижних слоев опилок. При хранении опилок следует соблюдать все нормы и правила пожарной безопасности. Если опилки являются вторичным сырьем после обработки древесины то следует учитывать их влажность, и при не высокой влажности в 20-30% желательно как можно раньше отправить опилки на сжигание в котел или теплогенератор.

Расположение котла, котельная

Первым правилом любой котельной является – не горючие стены, крыша. К опилкам так же добавляется требования к расположению основного склада топлива, оно не должно находится в том же помещении что и котел или теплогенератор. На оборудовании предусмотренный бункер называется оперативным, так как его объема хватает только на несколько часов работы, это прежде всего связанно с требованиями по пожарной безопасности. В котельной обязательно должна быть приточно вытяжная вентиляция, или возможность проветривания помещения. Так как воздух для процесса горения забирается изнутри котельной то следует предусмотреть наличие приточки.

Рис. 3 Котлы на опилках GRV и основной бункер для хранения опилок

Размеры котельной так же зависят от способа наполнения оперативного бункера. При использовании транспортера или шнека размеры котельной меньше чем при заезде в нее спец техники для выгрузки опилок. Возможно расположение оперативного бункера котла в отдельном помещении для того чтобы уменьшить размеры основной котельной.

Часто на мебельных производствах используют накопительные бункера закрытого типа, что очень удобно и максимально безопасно (см. рис. 3).

Рис. 4 Котел на опилках и котельная не большой мощности GRV

Для котлов на опилках мощностью до 50- 400 кВт можно обойтись одним бункером под топливо, при этом не нужно организовывать транспортную систему от основного склада топлива к оперативному бункеру.

Система подачи топлива

Твердотопливные котлы длительного горения на щепе и опилках, работающие в автономном режиме, практически не требуют обслуживания.

Топливо подается посредством нескольких транспортеров:

1. Преемник — бункер имеет свободный доступ снаружи здания. В нем установлена шнековая передача, которая соединена с основным хранилищем. После того, как топливо загружено в бункер, включается транспортер, который подает топливо в механизированное хранилище.
2. Выделяют два типа хранилища, с разным способом подачи древесной щепы в котел. В первом случае в виде бункера выступает наклонное основание, которое образует конус, внизу его находится шнековая передача. Во втором используется ворошитель с подсоединенными к нему лопастями. В процессе вращения устройства, щепа попадает в шнек.
3. После хранилища щепа попадает в котел не сразу. Пиролизные отопительные водогрейные котлы, функционирующие на опилках и щепе, осуществляют подачу топлива частями. Каждая новая порция топлива попадает в топку с помощью специального барабана, который соединен со шнековой передачей, подающей щепу на горелку.

Система загрузки топлива из топливохранилища с помощью горизонтального рессорного перемешивателя с поднимающим шнековым транспортером для котлов HERZ firematic 20-301 и HERZ BioMatic 220-500

Подача топлива — опилок в бункер котла

Для мощностей оборудования свыше 1 МВт следует использовать основной склад с топливом с системой «подвижное дно» данный склад заполняется с использованием погрузчика фронтального типа или же самосвалами. Из основного склада опилки подаются с помощью транспортеров в оперативный бункер котла. Следует отметить что топливо в виде стружки (рис. 1 – М) практически не возможно подавать стандартными транспортерами и шнеками, очень высокая степень зависания такой стружки, по этой причине следует выбирать на первоначальном этапе все характеристики топлива, в том числе и геометрическую форму. Отлично подходит для транспортировки следующие виды: рис. 1 — В – К.

Модели котлов на опилках GRV

В основном преобладают универсальные котлы на опилках, дровах, щепе и угле. Автоматически подается сыпучие топливо, например опилки в вихревую горелку. Факел от горелки далее вырывается во внутрь топки, в которой полностью происходит догорание топлива. Стенки топлива воспринимают тепловую энергию и передают теплоносителю, продукты горения в виде смеси газов раскалены и перемещаются в теплообменник котла, за счет развитой площади теплообменника происходит теплопередача от продуктов горения к теплоносителю.

Рис. 5 Модели котлов на опилках производства GRV

А) – Универсальные котлы мощностью до 300 кВт с использованием вихревой горелки; Б) – Котел универсальный на опилках с подвижным колосником, без подогрева воздуха; В) – Котлы универсальные на опилках, щепе, пеллетах без подвижного колосника, с автоматической выгрузкой золы; Г) – Универсальный котел на опилках, щепе с прочисткой колосниковой решетки, подогревом дутьевого воздуха

Отличительная особенность котлов универсальных на опилках:

· Бункер для топлива используется с ворошителем опилок препятствующий зависанию

· Все универсальные котлы GRV имеют колосниковую решетку которая так же как и стенки топки охлаждается теплоносителем

· Увеличенные размеры топки универсальных котлов

· Вместительный зольный отдел котла, площадь зольного отдела перекрывает полностью площадь топки

· Теплообменник только с протеканием продуктов сгорания снаружи трубок, а не наоборот что существенно увеличивает интервалы между прочисткой от нагара, накипи

· Универсальные котлы на опилках, так же на полную мощность работают на ручной загрузки, при этом размеры (длина и ширина топки) позволяют сжигать обзол, поддоны, утилизировать крупные ветки и т.д.

· Отдельный дутьевой вентилятор устанавливается для горения на дровах, при этом у горелки на опилках свой вентилятор дутьевой. Данная конструкция более надежная, всегда можно перейти на резервное топливо без изменений в настройках и конструкции котла на опилках

· Использование стали от 5 до 12 мм обеспечивает высокий ресурс оборудования

Рис. 6 Котел на опилках. Бункер для котла с системой ворошителя и подвижным дном

Рис. 7 Котел на опилках GRV в процессе производства

На рис. 6 и 7 представлена технология GRV для котлов на опилках, с системой подогрева дутьевого воздуха для процесса горения. Такие системы используются на больших ТЭЦ работающих на отопления для выработки электроэнергии. Использование тепло от уходящих продуктов сгорания на нагрев дутьевого воздуха в данном случае обеспечивает устойчивую работу котла на опилках с влажностью в 50-55%, что существенно экономит расходы на подготовки топлива.

Рис. 8 Котел на опилках без системы подогрева дутьевого воздуха

Использование сухих опилок с влажностью W<20% позволяет использовать котлы серии GRV (показанной рис. 8 и рис. 5 А, Б, В) в которых нет предварительного подогрева воздуха. Данные котлы имеют на 7-8% меньшее аэродинамическое сопротивление и их можно устанавливать для работы на естественной тяги, требования к дымоходу в таком случае – до 10-12 метров, исключение котлы мощностью свыше 400 кВт.

Рис. 9 Котел GRV на опилках, можно рассмотреть привод подачи топлива

Таблицы модельных рядов

Итак, приведем таблицы моделей, основных характеристик и цены, по которым можно купить подходящую вам модель котла.

Промышленные котлы на щепе и опилках серии BIO VULKAN PRO 100-1000 кВт.

Среди производителей промышленных котлов на щепе и опилках стоит отметить отечественную компанию Пиролиз Мастер и её серию BIO VULKAN PRO 100-1000 кВт.

Промышленный котел на щепе и опилках Пиролиз Мастер BIO VULKAN PRO

С их помощью можно отапливать бытовые, производственные и другие помещения, готовить тепло для технических нужд.

Котлы снабжены cистемой механической подачи щепы, опилок в камеру горения.

Фракция топлива – 40 мм, влажность — до 50 %.

Максимальная температура горячей воды составляет 110 ?C.

В случае необходимости можно использовать в качестве топлива загружаемые вручную дрова, уголь, брикеты, загружаемого вручную, но мощность уменьшится на 15 – 20 %.

Устройство котла Пиролиз Мастер BIO VULKAN PRO

Среди особенностей твердотопливных котлов BIO VULKAN PRO отметим следующие:

1. Корпус сварен из стальных листов и труб, а снаружи покрыт щитами с термоизоляционным материалом.
2. Топка выложена шамотным кирпичом, что повышает температуру горения.
3. Снабжены большими, плотно закрывающимися дверками топки, а их корпус залит жаропрочным бетоном. Производятся в правостороннем варианте, но по желанию заказчика могут быть и левосторонними.
4. В дверях теплообменника установлен взрывной клапан. В результате при взрыве смеси горючих газов в топке котла, взрывная волна разрывает мембрану клапана и уходит по каналу вверх.
5. Теплообменник котла – барабанного типа, жаротрубный. С целью эффективного отбора тепла в трубы устанавливаются изымаемые турбулизаторы. Дно барабана защищено от известковых насыпей, оборудовав в нем эффективную циркуляцию воды двумя слоями.



BIO VULKAN PRO

6. В топку вентиляторами подаётся необходимый для горения первичный и вторичный воздух. Он проходит через промежуток между нагревшимися стенками котла и, разогревшись, через отверстия колосников, и между шамотными кирпичами в стенках топки, попадает в зону горения.
7. Регулировка количества подаваемого воздуха регулируется производится при помощи заслонок.
8. Для защиты котла от избыточного давления в патрубок вытекающей воды вварены два патрубка для установки защитных клапанов.

В зольнике Пиролиз Мастер BIO VULKAN PRO, под колосниками, находится желоб подачи топлива, в него монтируется шнековый конвейер котла, с помощью которого, по «вулкану», между колосниками, и рамой из плит термостойкого бетона, укрепленного опорной конструкцией, в топку котла механизированна подается сыпучее топливо.

Пламя горящего топлива нагревает шамотные плиты топки, внутренние ее стенки и низ барабана, а образовавшиеся горячие продукты сгорания проходят трубами нагрева теплообменника так, отдавая тепло циркулирующей воде, остывают и через дымоход удаляются из котла.

Котлы на опилках, лузге, щепе, торфе, пеллетах серии BIO 15-500 кВт.

Пиролиз мастер BIO

В базовую комплектацию котла BIO входит:

• корпус котла отопления на биомассе;
• базовый топливный бункер для биомассы;
• шнековый транспортер;
• горелка;
• вентилятор;
• автоматический блок управления.

При желании бункер можно увеличить, оснастить котел автоматической очисткой горелки, GSM и WiFi модулями.

Котлы Пиролиз Мастер серии BIO отличаются наличием 5-ти ходового теплообменника. В результате котлы отличаются самым высоким КПД, если сравнивать с котлами, у которых 2-3 хода в конвективных каналах топки.

Сжигание биомассы производится при помощи ретортной горелки горизонтального типа. Это позволяет сжигать пеллеты в любом качестве, опилки, щепу с фракцией до 4 см, лузгу масличных культур, торф.

Автоматика, электроника и вентиляторы представлены лучшими европейскими производителями.

Из приведенных выше таблиц можно заметить, что это самый богатый ассортимент котлов на щепе и опилках, среди всех представленных на российском рынке производителей. Такой набор вариантов мощностей позволит решить задачу отопления на щепе и опилках на любых объектах и для любой площади.

Отдельно хотим отметить, что промышленная линейка котлов серии BIO VULKAN PRO позволяет построить котельную на щепе и опилках с минимальными издержками, благодаря самым низким габаритным требованиям данного оборудования, снижающим издержки не только на транспортировке котлов на объект заказчика, но и расходы на строительство котельных помещений. Для тех, кто хочет изучить характеристики данных котлов по подробнее, предлагаем ознакомиться с ними на официальном сайте производителя.

Отличие поршневой подачи топлива от шнека

Использование поршневой подачи от пневмоцилиндра обеспечивает быстрое заполнение топливом, безопасность так как поршень которым сдвигается топливо так же является затвором для предотвращения обратного горения. Сама по себе пневматика используется во многих сферах автоматизации, как наиболее надежная и не прихотливая. При попадании посторонних предметов, контроллер который управляет котлом не за медлительно включает сирену оповещения, останавливает подачу дутьевого воздуха. Данная система разработанная инженерами компании GRV проверена на таких видах топлива как пеллетные гранулы, опилки разной влажности, щепа, древесная масса, уголь.

Элементы автоматизации

Устройство подачи твердого топлива выглядит как контейнер, устанавливающийся непосредственно на котел или рядом с ним, с топкой контейнер соединен специальной бегущей коверной лентой работающей от электродвигателя, а также датчиком контролирующим уровень щепы или другого вида топлива в топке. Как только это количество снижается до определенного уровня, открывается заслонка и начинает работать автоматическая подача и горючее отправляется в котел. Котлы с автоматической подачей топлива обеспечивают точные параметры работы оборудования в течение срока от нескольких дней до двух-трех недель.

Устройство автоматизации состоит из двух элементов, внутреннего термометра определяющего степень разогрева топки и механизма соединенного с заслонкой. В тот момент, когда температура горения становится слишком большой, автоматическое устройство задвигает заслонку, уменьшая приток кислорода и соответственно температуру горения. При слишком низкой температуре заслонка открывается, и огонь становится ярче. Таким образом, автоматизация котла обеспечивает равномерное горение и в тоже время снижает расход, например, щепы, а также уменьшает нагрузку на воздухоотводчик.

Автоматический воздухоотводчик для котлов достаточно простое, но очень важное оборудование в системе автоматизации отопления. При работе системы отопления в трубах накапливается воздух и водяной пар, которые со временем могут образовывать пробки. Воздухоотводчик выступает в роли датчика воздуха и выпускного клапана одновременно.

Благодаря этому механизму отопление работает надежно и безаварийно.

Пожаротушение, риски, предупреждение

Перед тем как использовать в виде топлива опилки, стружку нужно в полной мере осознавать опасность возгорания, изначально предпринять все меры для соответствия пожарной безопасности.

Утилизация опилок, и древесной массы в котлах в десятки раз более эколочно чем хранение опилок на полигонах, в связи с тем что в результате это приводит к пожару и опилки сгорают с большим химическим недожогом больше относящимся к процессу пиролиза, при этом отравляется не только воздух но почва продуктами пиролиза, в том числе кислотами. На рис. 11 приведен пример горения опилок в зимнее время под слоем снега.

Рис. 10 Пожары свалок горбыля и опилок

Рис. 11 Тление свалок опилок в зимнее время

Меры предосторожности и контроля предусмотренные на котле, теплогенераторе:

1. Контроль за положение поршней, при отклонение положения поршня от заданного включается сигнализация и котел на опилках останавливает свою работу

2. Контроль включения дымососа, при отключенном дымососе для того чтобы избежать возможность обратной тяги и задымления помещения дутьевые вентиляторы котла GRV и автоматическая подача топлива прекращается

3. Контроль температуры туннеля подачи топлива, при превышении нормально заданной температуры котел останавливает свою работу, туннель может нагреваться из за не своевременной прочистки теплообменника

4. Закрытие бункера с топливом автоматической заслонкой после подачи топлива

5. Обязательный контроль за температуры теплоносителя, в том числе на теплогенераторах марки GRV

6. Конечно же следует проектировать отдельно склад топлива от котельной, на самом котле используется только промежуточный бункер и оперативный объем оперативного бункера ограничен

7. Прочистка теплообменника должна происходить при включенном дымососе, и без процесса горения в котле

8. Все люки для прочистки теплообменника снабжены специальными отражающими пластинами

Как обычный котел становится автоматическим?

Отопители на твердом топливе – это печи с водяным бойлером, который разогревает отопительный контур дома и обеспечивает хозяйство горячей водой. Существенные недостатки этой системы – необходимость постоянного контроля над работой топки и процессом горения, так как система отопления постоянно нуждается в горючем и неравномерно разогревается.

Эти проблемы решают автоматические котлы, отличающиеся от более примитивных устройств всего тремя элементами.

Автоматизация достигается:

• Установкой оборудования для автоматизации подачи топлива, например, щепы.
• Установкой специального системы автоматизации и контроля над температурой горения.
• Монтажом воздухоотводчика, препятствующего образованию воздушных пробок, которым оснащены все автоматические котлы.

Эти элементы автоматизации, обязательны для любого отопителя на твердом топливе, однако для автоматизации оборудования работающего на щепе, угле, пеллетах или другом виде горючего, могут отличаться.

Это связанно с различной скоростью и температурой горения, например: щепа прогорает быстрее, а это означает, что устройство подачи должно вмещать больший объем горючего материала. Уголь наоборот расходуется медленнее и обеспечивает более высокую температуру горения. Эти особенности учитываются при подборе оборудования. Поэтому автоматические котлы, в зависимости от типа топлива различаются и по конструкции.

Экономическая эффективность котлов на опилках

Котлы и теплогенераторы используются для получения тепла при сжигании топлива, в данном случае БИО массы в виде опилок. На экономическую эффективность влияет транспортные расходы, стоимость сырья, обслуживание оборудования. Вы можете влиять на все эти факторы, но самым основным показателем в данном случае является теплотворная способность топлива. Опилки влажностью в 30% и влажностью в 50 % будут в два раза отличаться по теплотворной способности. Для того чтобы довезти влажность опилок до 30% нужны площади, склады для хранения возможно дополнительные сушильные установки все зависит от масштабов переработки опилок в тепло.

Перспективным направлением над которым трудятся специалисты компании GRV является получение пиролизного газа из массы опилок в ретортных установках, очистка газа и использование его в ДВС. Данная технология достаточно давно известна. Мы работаем над совмещением выработки газа и получения тепла на нужны производства, систем отопления. За счет того что установка размещается на улице, то в таком случае не требуется решать массу вопросов по защиты от угарного газа.

Использование пиролизной установки совмещенной с теплогенератором или котлом позволяет разместить ТЭС на своем предприятии лесопереработки, сельскохозяйственном предприятии, а так же на тепличных комплексах и т.д.

Особенности эксплуатации котлов на опилках, теплогенераторы на опилках

Использование опилок в виде топлива подразумевает наличие минимальной инфраструктуры под хранение опилок, наличие котельной и ответственного лица за эксплуатацией котельного оборудования.

Принцип действия

Топка котла не имеет дверец и зольника, а загружается топливом сверху, от самого дна и до среза дымоходной трубы. Загруженная биомасса придавливается по всей плоскости грузом круглой формы из толстой листовой стали, а к нему приварена вертикальная труба, по которой подается воздух в топку. Эта труба проходит сквозь закрытую верхнюю крышку и свободно торчит наружу. Розжиг котла производится через ее верхний конец. Особенность заключается в том, что горит верхний слой топлива, процесс идет по направлению сверху вниз, прогревая водяную рубашку.

Котел на опилках своими руками

В принципе действия, а также в изготовлении помогут разобраться чертежи котла на опилках, сделанного своими руками. На конце трубы устанавливается заслонка произвольного исполнения, чтобы регулировать количество поступающего воздуха и скорость сгорания. В процессе работы агрегата груз в топке опускается, пока все топливо не сгорит. Продукты сгорания из топки удаляются через дымоход.